聊聊JVM调优（一）

聊聊`JVM`调优（一）

上几篇文章，我们聊了一些JVM内存结构，GC算法之类的一些内容，想必大家这些都听得多了，那么我们来点实践性的东西——JVM的调优。
由于JVM的参数众多，调优也是一个非常大的主题，不大可能在一期文章里面聊完，我们计划调优的文章分三期来聊。

第一篇（也就是我们这一篇啦），主要介绍的是关联内存相关的调优，跟我们上期JVM内存结构紧密相关。
第二篇，我们会介绍GC相关的一些参数调优，当然这里可能不一定能较好地体现调优这个主题，可能更多的是介绍一些调整参数。
第三篇，虚拟机运行的一些参数调优，包括GC日志输出等等。

其实还有一些其他的调优参数，我们把它归在第三篇，虚拟机运行的参数调优上。

那么，我们就开始这一期的主题啦——内存调优
图片 1.png

注意，我们本系列的所有调优参数，只针对JDK 8，至于JDK 8一些废弃的比如PermSize和MaxPermSize等参数，我们这里就不细说了，有兴趣的同学可以找找其他文章哈。

参数列表

配置	描述	示例
-Xms	设置最小堆内存	-Xmx1g
-Xmx	设置最大堆内存	-Xmx2g
-Xmn	设置新生代内存	-Xmn128m
-XX:NewRatio	指定老年代的堆大小和新生代的堆大小比例	-XX:NewRatio=2
-XX:SurvivorRatio	指定New Generation中Eden Space与一个Survivor Space的heap size比例	-XX:SurvivorRatio=8
-XX:MetaspaceSize	设置`Metaspace`（元数据空间）默认大小	-XX:MetaspaceSize=1g
-XX:MaxMetaspaceSize	设置`Metaspace`（无数据空间）最大值	-XX:MetaspaceSize=4g
-Xss	设置线程栈的大小	-Xss128k

下面我们就一个个参数来看看是什么意思，以及我们遇到什么问题的时候应该从什么地方去考虑调整。

参数解析

`-Xms`和`-Xmx`堆内存大小

这两个参数主要用于指定堆内存，-Xms用于指定初始的堆大小，也就是最小的（如果没有设就会由虚拟机启动时分配的内存决定，由新生代+老年代的内存相加得到），而-Xmx用于指定最大的，当需要的内存超出Xmx指定的内存时，就会抛出OutofMemoryError

我们来看个示例

VM args: -Xms1024k -Xmx12288k

public class TestMemorySize {

    public static void main(String[] args) {
        List<TestObject> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i ++) {
            list.add(new TestObject(i));
        }
    }

    static class TestObject {
        private int val;
        public TestObject(int val) {
            this.val = val;
        }
    }

}

基于前面的文章，我们知道，当我们new一个对象的时候，它是分配在堆上面的，而在此示例中，我们把堆的最大大小限制为12m，但我们new了非常多的对象，所以，就把我们的堆挣爆了，当我们运行的时候，我们可以看到这样的错误：
图片 12png.png
某些版本还会抛出这样的错误：
图片 13png.png
实际上这两个可以理解为同样的错误，都是因为执行了多次的GC，但得不到有效可用的空间。我们可以通过参数-XX:-UseGCOverheadLimit这样就可以变为平常的Java heap space，当然，并不建议这样做。

基于上面的情况，当我们下次遇到这样的错误的时候（OOM并且是heap space），那我们就知道是堆内存不足了，就应该考虑一下扩大堆内存——通过调整Xmx。
但同时，调整该参数不能盲目调整，如果你的应用不是属于非常耗内存（即同一时间要生成大量对象），那么这个值一般情况下2g左右应该是够的，如果出现异常，并且内存使用增长地非常快，那就要考虑一下是不是内存溢出了。

`-Xmn`堆内存新生代大小

前面我们是指定了整个堆内存的大小，那么如果我们希望限制一下新生代的大小，让更多的对象分配到老年代（假设我们的应用需要比较多的新建对象，并且对象的生命周期非常长，类似spring的bean），那么我们就可以指定-XmnSize
我们在上面的例子上修改VM参数为：

-Xms1024k -Xmx12288k -XX:+PrintGCDetails -Xmn4096k

PrintGCDetails为打印GC的情况，方便我们看到新生代的大小，这里我们后面讲到虚拟机参数时会再细讲，这里只需要知道它可以看到GC情况就好了。
我们再运行上面的例子，可以看到：

Heap
 PSYoungGen      total 3072K, used 41K [0x00000007bfc00000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 2048K, 2% used [0x00000007bfc00000,0x00000007bfc0a578,0x00000007bfe00000)
  from space 1024K, 0% used [0x00000007bfe00000,0x00000007bfe00000,0x00000007bff00000)
  to   space 1024K, 0% used [0x00000007bff00000,0x00000007bff00000,0x00000007c0000000)
 ParOldGen       total 6144K, used 325K [0x00000007bf400000, 0x00000007bfa00000, 0x00000007bfc00000)
  object space 6144K, 5% used [0x00000007bf400000,0x00000007bf451750,0x00000007bfa00000)
 Metaspace       used 2698K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 291K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

新生代是eden+from+to的大小，我们算一下，是4096，也就是我们指定的大小，而上面的total表示新生代实际上可用的只是eden+from或eden+to的大小，因为from和to是互为备份，只能用一个。
当然，PrintGCDetail还会打印GC的一些日志，比如YGC和FGC等，这些我们后面涉及到这个命令再详聊。

`NewRatio`老年代和新生代的比例

一般情况下，我们使用默认的值2就可以了，就是老年代的大小是新生代的两倍，一般情况下不需要进行调整。但跟我们前面说明Xmn的时候所说的，如果你确定很多对象的存活时间比较长，那么你就把比例调大，我们还是以上面的代码示例来举例，使用下面的JVM参数

-Xms1024k -Xmx12288k -XX:+PrintGCDetails -XX:NewRatio=5
注意，我们这里没有用Xmn参数，如果指定了Xmn参数，它的优先级比NewRatio高，即就是指定了固定的新生代大小，那这里的比例就没用了，所以这里建议直接使用Xmn就好了，那么Xmx-Xmn剩余的大小实际上就是老年代的大小了

Heap
 PSYoungGen      total 1536K, used 1138K [0x00000007bfe00000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 1024K, 61% used [0x00000007bfe00000,0x00000007bfe9c9e0,0x00000007bff00000)
  from space 512K, 99% used [0x00000007bff00000,0x00000007bff7ff00,0x00000007bff80000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000007bff80000,0x00000007bff80000,0x00000007c0000000)
 ParOldGen       total 10240K, used 9778K [0x00000007bf400000, 0x00000007bfe00000, 0x00000007bfe00000)
  object space 10240K, 95% used [0x00000007bf400000,0x00000007bfd8c948,0x00000007bfe00000)
 Metaspace       used 2695K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 291K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

我们可以看到新生代占了大概2m，剩余的接近8m就归

`SurvivorRatio`新生代中的`eden`和`s0`、`s1`的比例

这个参数完全是用于控制新生代的内存大小的，依旧是上面的代码示例，JVM参数改为：

-Xms1024k -Xmx12288k -XX:+PrintGCDetails -Xmn4096k -XX:SurvivorRatio=6
这里我们限定了让eden区和s0的比例，也就意味着总的份数为8，s0和s各占1，而eden占6。

Heap
 PSYoungGen      total 3584K, used 2877K [0x00000007bfc00000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 3072K, 93% used [0x00000007bfc00000,0x00000007bfecf720,0x00000007bff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000007bff00000,0x00000007bff00000,0x00000007bff80000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000007bff80000,0x00000007bff80000,0x00000007c0000000)
 ParOldGen       total 8192K, used 8119K [0x00000007bf400000, 0x00000007bfc00000, 0x00000007bfc00000)
  object space 8192K, 99% used [0x00000007bf400000,0x00000007bfbedc08,0x00000007bfc00000)
 Metaspace       used 2697K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 291K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

我们可以看到这里打印出来的eden区的大小确实是占了新生代的6/8（4096k*6/8=3072）。

`MetaspaceSize`和`MaxMetaspaceSize`设置元空间

我们之前说过旧版本的JVM有一个叫方法区的，这里会保存JVM的类定义等，还包括一个常量池。而在jdk8就已经把它废弃，改为元空间，而这个的大小默认受限于物理内存，所以对一些比如多类定义的项目来说，已经不会再经常看到OutOfMemory:PermgenSpace类似的错误了。
我们来看看下面的例子

VM args:-Xms10m -Xmx100m -XX:MetaspaceSize=5m -XX:MaxMetaspaceSize=10m

public class MetaSpaceTest extends ClassLoader{

    public static void main(String[] args) {
        // 类持有
        List<Class<?>> classes = new ArrayList<Class<?>>();
        for (int i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; ++i) {
            ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
            // 定义一个类名称为Class{i}，它的访问域为public，父类为java.lang.Object，不实现任何接口
            cw.visit(Opcodes.V1_1, Opcodes.ACC_PUBLIC, "Class" + i, null,
                    "java/lang/Object", null);
            // 定义构造函数<init>方法
            MethodVisitor mw = cw.visitMethod(Opcodes.ACC_PUBLIC, "<init>",
                    "()V", null, null);
            // 第一个指令为加载this
            mw.visitVarInsn(Opcodes.ALOAD, 0);
            // 第二个指令为调用父类Object的构造函数
            mw.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESPECIAL, "java/lang/Object",
                    "<init>", "()V", false);
            // 第三条指令为return
            mw.visitInsn(Opcodes.RETURN);
            mw.visitMaxs(1, 1);
            mw.visitEnd();

            MetaSpaceTest test = new MetaSpaceTest();
            byte[] code = cw.toByteArray();
            // 定义类
            Class<?> exampleClass = test.defineClass("Class" + i, code, 0, code.length);
            classes.add(exampleClass);
        }
    }
}

上面我们使用了asm帮我们动态生成大量的类定义，而这些类定义都会被放在元空间中，而这个大小受MaxMetaspaceSize限制。
在这个例子中，我们调整了一下VM的参数，把堆内存的数值都调整了一下，避免提前堆内存不够，抛出OutofMemory了。

运行一下，我们可以看到下面的错误。
图片 14.png

`Xss`设置线程栈大小

前面我们说过，JVM栈是每个线程独占的一块空间，当调用栈的深度或需要的内存超过了一定的值，这个值也就是我们这里的值，它就会抛出StackOverflow或OutOfMemory异常。
我们来看一下下面的例子：

VM args:-Xms10m -Xmx1024m  -Xss256k
public class TestXssParameter {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            TestXssParameter.testStack();
        } catch (Exception|Error e) {
            e.printStackTrace();
            System.out.println(TestXssParameter.stackSize);
        }
    }

    private static int stackSize = 0;
    public static void testStack() {
        stackSize ++;
        testStack();
    }

}

运行一下，我们可以看到下面的错误

java.lang.StackOverflowError
    at metaspace.TestXssParameter.testStack(TestXssParameter.java:21)
    at metaspace.TestXssParameter.testStack(TestXssParameter.java:21)
    at metaspace.TestXssParameter.testStack(TestXssParameter.java:21)
    at metaspace.TestXssParameter.testStack(TestXssParameter.java:21)
    ...省略
2539

栈溢出，预料之中，我们可以再调整一下Xss的值，观察一下我们输出的stackSize的大小变化，这里留给各位大家去试试。

总结

这一篇文章中，我们了解了一下，JVM中最基本的一些针对内存结构的参数，希望下次在出现某些错误的时候，我们能够有针对性地调整参数以做一些优化。

参考文章

https://www.cnblogs.com/happyflyingpig/p/8886952.html

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聊聊JVM调优（一）